Předmět: Strojírenská technologie
Ročník:
Vytvořil:
Datum:
čtvrtý
V. Večeřová
25.6.2012
Název zpracovaného celku:
Technologický postup kalení a popouštění
Technologický postup kalení a popouštění Zadání: Navrhněte technologický postup kalení a popuštění čepu na střední mez pevnosti. Zadané hodnoty: Rozměry čepu: Ø 50 – 120 Materiál čepu: 12 060.1 Výrobní dávka: 100 ks Pec: elektrická komorová, ložná plocha 2x1m, nosnost 500kg.m2 Obsah zprávy: 1. Zadání 2. Teoretický rozbor 3. Chemické složení materiálu 4. Návrh koeficientu k1 pro navýšení doby ohřevu a prohřátí (vliv chemického složení materiálu) 5. Základní mechanické, fyzikální a technologické vlastnosti materiálu čepu 6. Výpočet hmotnosti polotovaru, vsázky, kontrola nosnosti pece 7. Návrh rozložení polotovarů v peci 8. Teploty kalení a popouštění 9. Návrh kalícího a popouštěcího prostředí 10. Charakteristický rozměr součásti 11. Návrh koeficientu k2 pro navýšení doby ohřevu a prohřátí (vliv způsobu vytápění pece) 12. Návrh koeficientu k3 pro navýšení doby ohřevu a prohřátí (vliv rozložení v peci) 13. Teoretické doby ohřevu a prohřátí součásti 14. Výpočet skutečné doby ohřevu a prohřátí v závislosti na typu pece, rozložení v peci a legování 15. Doba ochlazování pro kalení 16. Výpočet doby chlazení pro popouštění 17. Zakreslení technologického postupu kalení a popouštění 18. Otázky a doplňující informace 19. Použitá literatura a odkazy na zdroje informací
Ad 2. Teoretický rozbor Viz. Učivo STT 3. R Ad 3. Chemické složení materiálu Podrobně viz materiálový list oceli Materiál 12 060.1: Konstrukční ocel, určena k zušlechťování, nelegovaná s obsahem uhlíku cca 0,6%. Je určena pro namáhané klikové hřídele automobilů, ozubená kola apod. Mez pevnosti Rm je cca 600 MPa, tvrdost HB max. 253. Třída odpadu 002. Ad 4. Návrh koeficientu k1 pro navýšení doby ohřevu a prohřátí (vliv chemického složení materiálu) Hodnoty doby ohřevu a prohřátí uvedené v tabulce platí pro nelegované uhlíkové oceli. Legování zhoršuje prostupnost tepla a proto je potřeba pro ohřev a prohřátí polotovarů z legovaných ocelí dobu zvýšit o cca 25 – 40 % podle stupně legování. Pro ocel 12 060.1 k1 = 1 Ad 5. Základní mechanické, fyzikální a technologické vlastnosti materiálu čepu Viz. Materiálový list oceli Ad 6. Výpočet hmotnosti polotovaru, vsázky, kontrola nosnosti pece Hmotnost 1 m Ø 50….15,4 kg → Ø 50 – 120…….15,4x0,120 = 1,85 kg Hmotnost celé vsázky ….100 x 1,85 = 185 kg Kontrola nosnosti pece: plocha pece …..2x1 = 2 m2 nosnost pece ……2 x 500 = 1000 kg ˃˃ 185 kg Ad 7. Návrh rozložení polotovarů v peci Viz tabulka k bodu 12. Polotovary budou umístěné vedle sebe s mezerou m = 0,5 d = 25mm Celá vsázka bude ohřívaná najednou (10 x 10 ks)
Ad 8. Teploty kalení a popouštění Viz materiálový list, příp. Strojnické tabulky Kalení: 820 °C / olej Popouštění: 600 °C/vzduch Ad 9. Návrh kalícího a popouštěcího prostředí Viz předchozí bod. Pro kalení je doporučeno použít olejovou lázeň, pro popouštění vzduch. Ad 10. Charakteristický rozměr součásti Prostupnost tepla součásti je závislá nejen na velikosti, ale i na tvaru součásti. Více uvedeno v tabulce.
Zadaný čep Ø 50 – 120 ► charakteristický rozměr a = 50 mm
Ad 11. Návrh koeficientu k2 pro navýšení doby ohřevu a prohřátí (vliv způsobu vytápění pece)
Nejlepší přenos tepla splňují pece plynové s přímým ohřevem. Jejich nevýhodou je, že spaliny, které kolují přímo kolem ohřívané vsázky, ovlivňují chemické složení materiálu a zvyšují podíl propalu. Menší účinnost mají pece plynové, jejichž spaliny jsou vedeny v trubkách a ohřívají sáláním. U těchto pecí se mírně prodlužuje doba potřebná pro ohřev a prohřátí materiálu (o cca 10%). Nejčistší ohřev zajišťují pece s ohřevem elektrickým, u nichž musíme počítat s prodloužením doby ohřevu a prohřátí a o cca 15 – 25%. Volba koeficientu pro zadaný příklad k2 = 1,2
Ad 12. Návrh koeficientu k3 pro navýšení doby ohřevu a prohřátí (vliv rozložení v peci) Na prostupnost tepla v peci má vliv i rozložení polotovarů v peci, případně i počet vrstev, do kterých bude vsázka poskládaná. Příliš dlouhá doba ohřevu bude ovlivňovat množství okují.
Volba koeficientu pro zadaný příklad k3 = 1,4 Ad 13. Teoretické doby ohřevu a prohřátí součásti
Odečtené hodnoty: Charakteristický rozměr a = 50 mm : a) Ohřev na kalící teplotu v komorové peci: ´
teoretická doba ohřevu ttok = 40´
b) Ohřev na popouštěcí teplotu v komorové peci:
teoretická doba prohřátí (výdrže) ttvk = 10´ teoretická doba ohřevu ttop = 50´ teoretická doba prohřátí (výdrže) ttvp = 13´
Ad 14. Výpočet skutečné doby ohřevu a prohřátí v závislosti na typu pece, rozložení v peci a legování a) kalení tsok = ttok . k1 . k2 . k3 = 40. 1 . 1,2 . 1,4 = 67,2´ tsvk = ttvk . k1 . k2 . k3 = 10. 1 . 1,2 . 1,4 = 16,8´ b)popouštění tsop = ttop . k1 . k2 . k3 = 50. 1 . 1,2 . 1,4 = 84´ tsvp = ttvp . k1 . k2 . k3 = 13. 1 . 1,2 . 1,4 = 21,84´ Pozn. Hodnoty zaokrouhlíme na celá čísla. Ad 15. Doba ochlazování pro kalení Ochlazování pro kalení je ovlivněno prostředím, ve kterém chlazení probíhá. Např. ve vodě dochází k velmi nerovnoměrnému odvodu tepla, naopak v solné nebo kovové lázni je odvod tepla rovnoměrný. Podle materiálového listu je doporučeno chlazení v olejové lázni.
Začátek ochlazování = 0s Konec ochlazování = cca 2 000s Skutečnou dobu chlazení převedeme na minuty, tj. tschk = cca 33 min. Ad 16. Výpočet doby chlazení pro popouštění Pro popouštění materiálový list doporučuje ochlazování na vzduchu. Za normálních podmínek je rychlost chlazení na vzduchu cca 250 °C/hod. Pro zadaný příklad určíme přibližnou dobu chlazení dle vzorce tschp = Výsledek převedeme na minuty, tj. tschp = 144 min
Poz. Tp = teplota popouštění Vch = rychlost ochlazování
ࢀ ࢜ࢉࢎ
=
= 2,4 hod.
Ad 17. Zakreslení technologického postupu kalení a popouštění
T
tsok
tsvk
tschk
tsop
tsvp
tschp
t (min)
Ad. 18. Otázky a doplňující informace 1. 2. 3. 4. 5.
Co je to charakteristický rozměr a co ovlivňuje? Vysvětli jednotlivé koeficienty, které ovlivňují délku ohřevu, prohřátí a chlazení V odborné literatuře nebo na internetu vyhledej materiálové listy jiných ocelí Na internetu vyhledej alternativy navržené pece a zjisti její parametry
Vysvětli rozdíl mezi kalením s popouštěním a zušlechťováním 6. Vysvětli rozdíl mezi strukturami PERLIT, MARTENZIT a BAINIT
.
Ad 19. Použitá literatura a odkazy na zdroje informací Materiálový list oceli 12 060 LEINVEBER, Jan – VÁVRA, Pavel. Strojnické tabulky. 4. doplněné vyd. Praha: ALBRA, 2008. 914 s.ISBN 978-80-7361-051-7 MACEK, Karel – ZUNA, Petr – BARTOŠ, Jiří – MODRÁČEK, Oldřich. Nauka o materiálu II. 1. vyd. Praha: SNTL, 1986. 208 s. Odborné texty SPŠ
